CAD技術與機械制圖關鍵技術探討

摘要：現代CAD技術的發展推動了機械行業內制圖環節的發展，同時帶來了新的挑戰，促使機械制造技術的快速提升。文章分析了CAD技術的幾項基本關鍵技術和未來發展方向，探討了CAD技術在機械制圖中的具體應用。

關鍵詞：CAD技術；機械制圖；關鍵技術；機械制造技術；機械行業；制圖環節 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP393 文章編號：1009-2374（2015）04-0026-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0296

機械制圖是設計者和制造者進行交流溝通的工程界語言，是圖樣繪制機械的形狀參數，傳統制作機械制圖的方式是手工制圖。隨著CAD技術的引入和發展，逐漸取代了手工制圖，這大大降低了制圖耗時，提高了制圖效率，實現了各個項目之間的制圖復用。因此，如何設計完美的機械制圖，促進機械制圖關鍵技術的快速發展，必須有效融合CAD技術。

1 CAD技術的關鍵技術

1.1 CAD造型技術

產品設計和制造的CAD技術涉及到了幾何形狀的描述、工藝分析、結構分析等技術。隨著三維造型理論不受限制的程度越來越深化，傳統的幾何描述能力差、信息不完整的線框模型的局限弊端越來越突出，實體造型的應用逐步廣泛，筆者就簡單介紹線框造型和實體造型。

1.1.1 線框造型。這是CAD造型技術最早的三維模型，是由一系列直線、空間點和曲線組合而成的，主要用途是對產品三維輪廓外形的描述和生成相應的三維影像，實現視圖的變換和協調空間尺寸。

圖1 直齒椎齒輪的實體造型技術圖 圖2

1.1.2 實體造型。實體造型技術理論、算法的成熟應用開始于20世紀70年代后期，進入到80年代后期，國內外已經出現了一大批著名的實用性實體造型系統。實體造型的單元體包括了立方體、環狀體、圓柱體、椎體、球體等基本體素，是利用集合運算的方式來生產所需要的集合形狀，見圖1。實體造型的內容有各個基本體素的定義和描述、各個體素之間的拼合，較為常見的實體造型方法集合體素構造法、邊界表示法、分割表示法、掃描法、特征造型法等。

1.2 工程數據庫技術

雖然目前國內外公認較為滿意的工程數據庫管理系統還不夠成熟，但是經過多年的實踐和研究，已經取得了長足的進步。數據庫管理系統的功能雖說還不夠完善，但也實現了多數功能，如支持多庫多表的操作，支持模式動態的修改，支持版本管理、支持文本、圖形的管理、支持對變長屬性和長記錄進行讀寫和修改，能對一些復雜的對象進行表述等。未來工程數據庫管理系統的主要發展方式是建立多媒體數據庫管理系統、建立分布式的工程數據庫管理系統、建立面向對象的工程數據庫管理系統、工程數據庫管理系統的智能化發展。

1.3 用戶界面技術

用戶界面技術的設計原則：（1）靈活性原則。在用戶界面的設計中，必須根據不同用戶的不同需求來設計相應的界面，如在Windows圖形的用戶界面中，要實現鍵盤選擇和鼠標選擇的共存。（2）相似性原則，即內部程序的相似性和同類型其他應用軟件的相似性。（3）直觀性原則。所有應用程序輸出的信息要清晰，用戶界面能及時提供當前任務的執行狀態，幫助信息要清晰。此外，實用原則也是用戶界面技術的設計原則，主要是指經濟實用性。以Windows圖形用戶界面為例，其具有以下特點：公共用戶界面（CUI），這是微軟公司為Windows用戶界面定義的一些基本規范，降低了用戶使用和學習的難度；圖形用戶界面（GUI），這是Windows的核心組成，最大程度地發揮了Windows的圖形功能；網絡支持功能，包括了文件服務、打印服務、電子郵件、圖象和圖形的數據存儲、處理及管理等。

2 CAD技術的發展方向及其在機械制圖中的應用

2.1 CAD技術的發展方向

2.1.1 智能化發展。軟件系統的智能化發展是CAD技術的必然發展趨勢，智能化CAD技術能處理數據和知識，能進行推理、選擇、優化、判斷、決策等，是真正意義上的“專家系統”。

2.1.2 集成化發展。CAD系統的集成化發展，能把設計環節、文檔編輯環節、管理環節等集成到一個統一的系統中，實現信息的集成和資源共享。目前應用較廣的CAD系統有微機系統和工程工作站系統，兩者均具有價格低、性能高、聯網能力強、維護方便等特點。據悉，在國外，有54%的CAD軟件在工程工作站系統中運行，44%在微機系統上運行。

2.1.3 可視化發展。這主要指用戶界面的可視化。基于用戶界面技術的直觀性原則，CAD應用軟件對圖形的要求越來越高，除了要求能繪制出各種生產所用的圖紙和圖形表達的真實感外，還要求其能使得設計過程和結果的可視化，做到動態的實時顯示。

2.1.4 并行化發展。這主要指處理技術的并行化，只有對各個具體應用對象研究出相應的并行算法，才能真正發揮CAD技術的并行處理作用，以提高數量級的處理速度。此外，系統產品標準化發展也是CAD技術的發展方向之一。隨著CAD技術的廣泛應用，CAD技術的種類越來越多，為了將不同CAD系統能進行資源共享，必須實現系統產品的標準化發展，制定相關的數據交換標準，如STEP、IGES等。

2.2 CAD技術在畫法幾何中的應用

在具體應用上，利用坐標方式輸入點繪制控件的點線面時，可以利用“視圖”中的“視口”來建立主視、左視、俯視、西南軸測的四個視口，可以利用“繪圖”中的“實體”功能來創建三維模型。在三維模型里，發揮其著色線和著色面的功能，選取相應的線面。基于此來分析不同位置上線和面的投影線特性，將點線面的抽象知識融入到具體的三維實體圖中，起到學習物體投影的作用。

2.3 CAD技術在剖視圖中的應用

剖視圖一般應用于多孔槽的零部件，其形成使用遐想剖切面剖開零部件的，圖中的虛線較多，形態較為復雜。因在剖視圖的繪制中，線條的交叉重疊較多，使得繪制者很難想象出實體的性質，而利用CAD技術，能通過建立零件模型，利用繪圖中的剖切功能，進行零部件的剖切，觀察零部件內部的結構性質，進而繪制出剖視圖。同時，在利用CAD技術繪制剖視圖時，要采用不同的剖視方法，在零部件的不同位置進行剖切，以加深對剖視圖繪制的理解。剖切平面利用更多的孔槽和“三維視圖”，全方位地觀察剖切視圖，繪制出零部件的實際形狀見圖2。

2.4 CAD技術在組合體視圖中的應用

通常情況下，在機械視圖中組合體視圖的繪制中，是利用線面分析法和形體分析法來掌握線面的投影特點和基本幾何體的投影特點，并在此基礎上通過對照和分析實物模型來綜合和整理組合體的整體形狀和各個部分之間的聯系關系。在利用CAD計算繪制組合體視圖時，可以利用CAD三維實體的建模功能來進行組合體的造型設計，具體可以根據組合方式，在已選定的一個造型平面上將各個基本幾何體構造出來，進而選擇和利用合適的坐標軸將各個立體旋轉至所需要的方向，將各個組合部分移動到準備的位置后，進行最后的組合操作以繪制出組合體。可見利用CAD技術，通過形體進行三維建模，能將數量大、形體復雜的結構圖進行快速、準確的繪制。

2.5 CAD技術在基本機械形狀中的繪制

在機械制圖中，經過會利用多邊形、橢圓等基本形狀，需要將這些形狀進行規則性的排列，利用CAD技術能簡單、迅速地繪制出這些基本機械形狀。在多邊形的繪制中，以一個對角線長100的正五邊形為例，第一步先畫兩條同長100相重合的先端，以其中一個為端點，依據旋轉角度的理論，RO旋轉其中的一條線段72°。第二步對兩個未相交點進行連接，該邊即為五邊形的邊。第三步實施AR排列命令，環形排列360°連續旋轉5次。第四步，將已經生產的其他4條直線進行端點對端點進行相連，繪制成五邊形。同時，可以利用CAD的POLYGON命令來進行繪制，即輸入POLYGON+5（5為邊數），選取其中的一點為五邊形的中心點。多邊形可設置內切和外切兩個選項，也可以打散，當作是獨立的線段進行二次編輯。在橢圓的繪制中，利用CAD提供的ELLIPSE命令、選橢圓的圖標、根據橢圓周邊的圖形采用不同的方式進行繪制。指定好橢圓的弧（A）、等角圓（I）、中心點（C）以及軸端點，按回車鍵，可以設定參數來達到所需要的弧線。

3 結語

總之，隨著計算機技術的快速發展，CAD技術取得了長足的進步，其幾項關鍵技術在不同領域中的應用范圍不斷拓展。在機械制圖中利用CAD技術，能更好地對需要設計的圖形圖像進行觀察、分析、想象和設計，通過CAD技術認知各個零部件的結構形狀，繪制出更為直觀和具體的機械制圖。

參考文獻

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作者簡介：范寧（1980-），女，遼寧興城人，遼寧建筑職業學院講師，研究生，研究方向：機械產品設計及優化方向研究與教學。

（責任編輯：周 瓊）